Tàu vũ trụ tư nhân Mỹ hoàn thành sứ mệnh bắt gặp vệ tinh trên không gian

Lực lượng Không gian Mỹ công bố thành công sứ mệnh Victus Haze vào ngày 3/7, xác nhận rằng một tàu vũ trụ thương mại được điều khiển hoàn toàn bằng hệ thống phần mềm tự động đã lần đầu tiên tiến hành hoạt động bắt gặp trên quỹ đạo và cung cấp thông tin chi tiết về vệ tinh không hợp tác trong khoảng thời gian 61 giờ. Trước đây, những dự án bí mật cấp độ quốc gia để thực hiện các nhiệm vụ tương tự đòi hỏi phải mất hàng tháng để hoàn tất.

Sứ mệnh Victus Haze là kết quả hợp tác giữa hai công ty khởi nghiệp tư nhân của Mỹ. Công ty True Anomaly, được thành lập năm 2022 bởi Even Rogers - một cựu cán bộ của Lực lượng Không gian Mỹ, đã cung cấp tàu Jackal-0004 được thiết kế riêng biệt để thực hiện các hoạt động gặp gỡ và thao tác ở khoảng cách gần, kèm theo nền tảng phần mềm Mosaic có khả năng lập kế hoạch và điều hành hoạt động một cách tự động. Công ty Rocket Lab đã chịu trách nhiệm chuẩn bị vệ tinh Puma (đóng vai trò là mục tiêu bị bắt gặp) trong vòng 18 tháng theo hợp đồng trị giá xấp xỉ 32 triệu USD, với trang bị là các cảm biến quang học tiên tiến được phát triển bởi Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore.

Rocket Lab đã thiết lập kỷ lục mới về tốc độ phóng trên toàn cầu, khi đưa vệ tinh Puma vào quỹ đạo thấp của Trái Đất vào ngày 19/6, chỉ 16 giờ 42 phút sau khi nhận được thông báo phóng từ Bộ Tư lệnh Hệ thống Không gian, nhanh hơn 10 giờ so với kỷ lục trước đó. Khi Puma bước vào quỹ đạo, tàu Jackal của True Anomaly đã sẵn sàng hoạt động, sau khi được phóng lên trước đó vào tháng 5 nhờ vào tên lửa Falcon 9 của SpaceX. Tàu vũ trụ này bắt đầu tìm kiếm Puma từ một khoảng cách 2.000 km chỉ dựa vào các cảm biến và hệ thống phần mềm Mosaic.

Hoạt động bắt gặp được hoàn thành trước 11 giờ so với thời gian hạn chót mà văn phòng Space Safari của Bộ Tư lệnh Hệ thống Không gian đã xác định. Tàu Jackal đã thực hiện nhiều vòng bay xung quanh Puma, chụp ảnh từ những góc độ khác nhau và thu thập các thông tin đặc tính cho Lực lượng Không gian, sau đó quay trở lại quỹ đạo ban đầu mà không yêu cầu sự điều khiển tay chân trực tiếp từ các nhân viên.

Những thách thức kỹ thuật phức tạp

Những khó khăn kỹ thuật liên quan đến sứ mệnh Victus Haze vượt xa những gì mà bất kỳ tàu vũ trụ thương mại nào từng đối mặt trước đây. Hoạt động gặp gỡ và thao tác gần kề (RPO) bao gồm ba giai đoạn riêng biệt, mỗi giai đoạn đòi hỏi các yêu cầu vật lý và phần mềm khác nhau. Ở giai đoạn khoảng cách xa (vượt quá 185 km), tàu săn sử dụng các nguyên tắc cơ học quỹ đạo để tiến dần lại gần mục tiêu. Trong giai đoạn khoảng cách trung bình (từ 185 km giảm xuống 1,8 km), các chuyên gia kỹ thuật chuyển phương thức điều hướng sang hệ thống định vị tương đối, đồng thời dẫn tàu săn vào vị trí gần kề chính xác. Khi đến giai đoạn cuối cùng với khoảng cách gần, tàu săn phải hướng các cảm biến, điều chỉnh góc độ quay phim, quản lý lượng nhiên liệu tiêu thụ và kiểm soát nguy hiểm va đập.

Trong phạm vi sứ mệnh Victus Haze, hệ thống Mosaic đã lập kế hoạch và thực hiện cả ba giai đoạn mà không yêu cầu sự can thiệp của con người ở bất kỳ điểm nào. Ngay khi bắt đầu sứ mệnh, công ty True Anomaly đã giao toàn quyền điều khiển tàu Jackal cho Mosaic để chỉ huy quá trình kích hoạt động cơ tạo lực đẩy, quản lý vòng theo dõi liên tục, chỉ dẫn việc ghi hình ảnh và lựa chọn quỹ đạo trở về. Thay vì tuân thủ một kế hoạch đường đi được xác định từ nhiều tuần trước và làm việc với một mục tiêu hợp tác, hệ thống Mosaic phải tìm ra một vật thể không quen thuộc thông qua các cảm biến, xây dựng chiến lược bắt gặp gần như theo thời gian thực và hoàn tất toàn bộ sứ mệnh trong vòng 72 giờ.

Điều này khác biệt rõ rệt về mặt cơ chế so với cách thức hoạt động của những phương tiện mở rộng thời hạn sử dụng - chẳng hạn như những phương tiện mở rộng hoạt động của Northrop Grumman, đã được kết nối và duy trì sự hoạt động cho các vệ tinh thương mại. Những nhiệm vụ đó lập kế hoạch quỹ đạo với khoảng cách xa hàng tuần đối với một mục tiêu đã được xác định trước và sẵn sàng hợp tác. Ngược lại, hệ thống Mosaic của Jackal phải tìm kiếm một vật thể chưa được xác định, tiến gần đến nó dựa hoàn toàn trên cảm biến, lập kế hoạch quỹ đạo bắt gặp với tính toán gần như tức thời, và hoàn thành toàn bộ quy trình trong khoảng 72 giờ.

Những bước phát triển tiếp theo

Theo các tờ báo chuyên ngành, Victus Haze là nhiệm vụ thứ hai trong chương trình Phản ứng Chiến thuật Không gian (TacRS) do Lực lượng Không gian quản lý, được giám sát bởi văn phòng Space Safari. Trong nhiệm vụ đầu tiên được đặt tên là Victus Nox, tàu vũ trụ của công ty Firefly Aerospace được phóng chỉ trong vòng 27 giờ sau khi nhận được lệnh phóng vào tháng 9/2023, thể hiện khả năng phóng nhanh chóng khi có yêu cầu. Tác vụ đó mang theo công nghệ nhận thức vị trí không gian thụ động và không có bất kỳ tương tác nào giữa các phương tiện trên quỹ đạo.

Lực lượng Không gian có kế hoạch sử dụng các vệ tinh từ sứ mệnh Victus Haze để huấn luyện và phát triển khả năng thực hiện hoạt động gặp gỡ và thao tác ở khoảng cách gần. Trong vòng hai năm tới, một sứ mệnh TacRS khác có tên Victus Surgo, được Đơn vị Đổi mới Quốc phòng cùng tài trợ, sẽ áp dụng tên lửa Falcon 9 của SpaceX để đưa lên một tàu vũ trụ linh hoạt hơn được chế tạo bởi công ty Impulse Space. Victus Sol, một sứ mệnh toàn diện đầu tiên của chương trình này, sẽ được khởi động dựa trên yêu cầu từ các bộ chỉ huy chiến đấu trong điều kiện thực tế hoặc các cuộc tập trận diễn tập.